المُشغِّل الخطي هو نظام هيكلي قائم بذاته، قادر على تحويل الحركة الدائرية إلى حركة خطية. تُولَّد هذه الحركة بواسطة محرك، وينقلها (أو قوتها) على طول محور. بهذه الطريقة، تعمل المُشغِّلات الخطية بشكل مختلف عن المحركات الكهربائية التقليدية، التي تعمل بحركة دائرية.

يُعد فهم ماهية المُشغِّل الخطي أمرًا بالغ الأهمية لفهم تطبيقاته المتنوعة. يُساعد المُشغِّل الخطي بشكل كبير في توليد حركات مثل الدفع والسحب والرفع والخفض وإمالة الحمل.

نظراً لتنوع المهام التي تؤديها، تتوفر أنواع عديدة من المحركات الخطية. وكما هو متوقع، لا تؤدي جميع المحركات الخطية نفس الغرض. لفهم ماهية المحرك الخطي ووظائفه بشكل أفضل، دعونا نستعرض بعض التطبيقات الشائعة لهذه الأجهزة.

ما هو استخدام المحرك الخطي؟

ليست جميع أنواع المحركات الخطية متشابهة، ولكنها تُولّد حركة خطية متشابهة بقوة. من ناحية، تُحرّك المحركات الخطية الأجسام أو العناصر في خط مستقيم. وللارتقاء بهذا، تُنجز هذه الحركة بدقة وسرعة كبيرتين.

يُحوّل نظام الدفع الخطي الحركة الدورانية إلى حركة خطية، مما يُولّد كفاءةً عاليةً لمهام مُحددة وللإنتاج الكلي. مع ذلك، من المهم ملاحظة أن أنواعًا مُختلفة من المُشغّلات الخطية ضمن نظام الدفع الخطي قد تكون أكثر ملاءمةً لاحتياجات مُعينة من غيرها.

يعتمد الاختيار الأمثل على عملياتك الخاصة والمواد التي تحتاج إلى نقلها. يُعد فهم متطلبات نظام الدفع الخطي الخاص بك أمرًا بالغ الأهمية لاختيار المُشغِّل الأنسب لتطبيقك.

الاستخدام الأكثر شيوعًا للمحركات الخطية الدقيقة هو دمجها مع أنظمة الروبوتات الديكارتية متعددة المحاور. كما يشيع استخدامها كمكونات أساسية للآلات.

القطاعات الرئيسية:

هناك العديد من الصناعات التي يمكنها استخدام مشغل خطي كهربائي. سواءً كان لديك مشروع صغير أو كنت تنقل كميات كبيرة من المواد يوميًا، فالمهم هو أنه مهما كانت طبيعة مشروعك، ستجد مشغلًا خطيًا مثاليًا لك.

لذلك، فإن القائمة أدناه ليست قائمة كاملة بالقطاعات، بل هي مجرد أمثلة شائعة. ومن الواضح أن هذه القطاعات تستفيد من حركة خطية دقيقة ومنضبطة.

1. الأتمتة الصناعية
2. أنظمة السيرفو والالتقاط والوضع في عمليات الإنتاج
3. التجميع
4. التعبئة والتغليف والتحميل على المنصات

 

في الواقع، مجرد التفكير في التطبيقات مثل

1. آلات القطع بالليزر أو البلازما
2. تحميل وتفريغ القطع المصنعة
3. تغذية مراكز التصنيع في خط الإنتاج
4. أو تحريك روبوت صناعي مجسم على طول محور خارجي إضافي من أجل توسيع نطاق عمله

تستخدم جميع هذه التطبيقات مُشغِّلًا خطيًا واحدًا أو أكثر. ويعتمد نوع المُشغِّل الخطي المُستخدَم على عوامل مُختلفة، مثل الدقة، وسعة التحميل، والسرعة. وبشكل عام، يُحدِّد نوع نقل الحركة عادةً الفرق.

هناك ثلاثة أنواع رئيسية من نقل الحركة:حزام / رف وترس / برغي.

كيف تضمن اختيار المُشغِّل المناسب؟ ما هي العوامل التي يجب على المصمم الصناعي مراعاتها عند التعامل مع تطبيق جديد؟

عند الحديث عن حلول الحركة الخطية، من المهم النظر إلى المسألة من منظور صحيح. ويعني ذلك تحديدًا التطبيق المطلوب. وهذا دائمًا ما يكون العامل الأهم عند تحديد نوع المحرك الخطي الذي تحتاجه.

عند اختيار مشغل خطي دقيق، من الضروري تحديد توقعاتك للنتائج والأداء بوضوح. سيساعدك هذا التحليل المفصل على تصميم مشغلك الخطي الدقيق بما يتناسب مع احتياجاتك بدقة.

من خلال النظر بعناية في هذه العوامل، ستكون مجهزًا بشكل أفضل لتحديد ليس فقط نوع المحرك الخطي الدقيق الذي تحتاجه ولكن أيضًا المواصفات المحددة التي ستضمن الأداء الأمثل في تطبيقك.

تضمن عملية الاختيار الدقيقة هذه أن المحرك الخطي الدقيق الذي اخترته سوف يلبي احتياجاتك الفريدة بأعلى مستوى من الدقة والموثوقية.

لذا، يجدر بنا البدء بدراسة الديناميكيات وطول الضربة والدقة المطلوبة. لنتناول هذه الأمور بالتفصيل.

ديناميكيات عالية

في العديد من مجالات التصميم الصناعي، غالبًا ما تتضمن متطلبات المصمم السرعة. وتشمل هذه المتطلبات عادةً تقليل زمن دورة الإنتاج. ومن الأمثلة الجيدة على ذلك صناعة التغليف. فكلما زادت دقة وسرعة التغليف، زادت سرعة تسليم الطرود.

وليس من المستغرب إذن أن تكون الديناميكيات العالية هي نقطة البداية عادةً عند تحديد الحل.

غالبًا ما تكون محركات الحزام هي الحل الأمثل عندما يتعلق الأمر بالديناميكيات العالية، مع الأخذ في الاعتبار ما يلي:

1. تسمح بتسارعات تصل إلى 50 مترًا في الثانية المربعة وسرعات تصل إلى 5 أمتار في الثانية على مسافات تصل إلى 10-12 مترًا
2. بوابة XYZ ذات المحاور التي تعمل بالحزام قادرة على التعامل مع أحمال تتراوح من صغيرة للغاية إلى ما يقرب من 200 كجم
3. وفقًا لنوع التشحيم، يمكن لهذه الأنظمة أن تقدم فترات صيانة طويلة بشكل خاص، وبالتالي ضمان استمرارية الإنتاج.

هناك أوقات تتطلب ديناميكيات عالية في أشواط أطول من ١٠-١٢ مترًا. في هذه الحالات، تُعدّ المحركات ذات محركات الجريدة والترس حلاً ممتازًا. وذلك لأن هذه المحركات الخطية تسمح بتسارعات تصل إلى ١٠ أمتار/ثانية مربعة وسرعات تصل إلى ٣.٥ متر/ثانية. وكل هذا في أشواط لا نهائية محتملة.

تُطبّق نماذج مُشغّلات الرف والترس مفهوم العجلة والمحور. على وجه التحديد، تُحرّك العجلة الدوارة كابلًا أو سلسلة أو حزامًا لإنتاج حركة خطية.

اختيار نوع مختلف من المشغلات لا يضمن نفس النتائج. على سبيل المثال، نظام لولبي، وهو بلا شك أكثر دقة، سيكون بطيئًا جدًا. مع هذا النوع من المشغلات، لن تتمكن من التعامل مع هذه الأشواط الطويلة.

على الرغم من أن مشغل البراغي أداة شائعة الاستخدام، إلا أنه يتطلب تدويره لدفعه للأمام. ومع ذلك، فإن سرعته محدودة حسب ظروفك.

ضربات طويلة

غالبًا ما تتميز الأنظمة المُصنّعة بواسطة مُشغّلات خطية في تكوينات XYZ النموذجية للروبوتات الديكارتية بأشواط طويلة. وهذا شائع في تطبيقات مثل مراكز التشغيل الآلي بالالتقاط والوضع والتغذية. وبسبب خطوط الإنتاج الطويلة هذه، يمكن أن يصل طول الأشواط في كثير من الأحيان إلى عشرات الأمتار.

علاوةً على ذلك، في كثير من الحالات، تُكلَّف هذه الأشواط الطويلة - والتي عادةً ما تشمل المحور Y - بحمل أحمال ثقيلة جدًا. في بعض الحالات، قد يصل وزن الأحمال إلى مئات الكيلوجرامات. إضافةً إلى ذلك، تعمل العديد من محاور Z العمودية بشكل مستقل على هذه الأشواط الطويلة.

في هذه الأنواع من التطبيقات، يُعدّ استخدام مُشغّل ذي محرك رف وترس الخيار الأمثل للمحور Y. ويعود ذلك إلى عوامل عديدة، منها:

بفضل صلابة نظام الرف والترس، يُمكن تشغيلها بعدد غير محدود من الضربات. وفي الوقت نفسه، تحافظ على صلابتها ودقتها وكفاءتها.
٢. داخل المحرك، تحتوي المحركات ذات الرفوف الفولاذية المُقوّاة بالحث على أسنان مائلة. تنزلق هذه الأسنان على قضبان محمل كروي أو قضبان منشورية دائرية.
3. يسمح خيار تركيب عربات متعددة، كل منها بمحركها الخاص، بإنشاء العديد من المحاور Z العمودية المستقلة.

يُعد نظام الحزام مثاليًا لشوط يصل طولها إلى ١٠-١٢ مترًا. ومع ذلك، فإن محركات الكرة اللولبية محدودة (في حالة الشوطات الطويلة) بسرعتها الحرجة.

تكرار تحديد المواقع

من ناحية أخرى، هناك أوقات يسعى فيها المصمم إلى تحقيق أقصى درجات الدقة. قد ينطبق هذا على تطبيقات مثل تجميع المكونات الدقيقة أو بعض التطبيقات الطبية. في هذه الحالات، لا يوجد سوى خيار واحد واضح: المحاور الخطية المزودة بمحركات لولبية كروية.

تُقدم المحركات الخطية المُدارة بالبراغي أفضل أداء من هذا المنظور. ويعود ذلك بشكل رئيسي إلى قدرتها على تكرار التموضع بدرجة تصل إلى ±5 ميكرومتر. ولا يُمكن للمحركات الخطية المُدارة بالسير أو المُدارة بالبراغي أن تُضاهي هذا الأداء. ويصل كلا النوعين من المحركات إلى أقصى درجة من تكرار التموضع بمقدار ±0.05 مم.